北京大学物理学院

单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2005.10.22 - 24.,9/11/2024,1,1.,各学科的物理学素质教育通选课,2.,今日物理课程建设,3.,怎样对各学科学生,讲授今日物理课程,9/11/2024,2,各学科的物理学素质教育通选课,。,为了深化本科教学改革，推进素质教育，提高本科人才培养质量，北京大学校决定从 2000 年 9 月开始在全校开设本科生,素质教育通选课,。,通选课的目的是引导学生广泛,涉猎不同学科领域，拓宽知识面，学习不同学科的思想和方法，进一步打通专业，拓宽基础，强化素质，为适应 21 世纪对高素质人才的需要打下基础,。,通选课是,全校所有系科各年级的本科生,都可以申请选修学习的课程。,9/11/2024,3,通选课课程设置遴选的原则,（1）,有利于学生了解人类最基本的知识领域和思维方法。,（2）有利于加强学生的人文素质、创新能力和基础知识。,（3）,有利于促进不同学科的交叉渗透。,（4）有利于培养学生的思辨能力。,（5）,有利于引导学生了解学科前沿和新成果、新趋势、新信息。,（6）有利于从综合角度掌握经典著作的基本精神，启迪思路。,（7）,有利于学生选修著名学者的特色课。,（8）有利于学生对现有的一级学科有基本了解。,9/11/2024,4,通选课按学科门类划分为五个基本领域:,A、,数学与自然科学,B、社会科学,C、,哲学与心理学,E、,语言学、文学与艺术,D、,历史学,各门通选课由具有丰富教学经验的教学骨干承担,。课程内容重在,启发思想、传授方法,，,而非讲授知识细节。,因此通选课里包括理科各学科开设的包括文科和社会科学各学科各年级的本科生选修的理科课程，还包括文科和社会科学各学科开设的包括理科各学科各年级的本科生选修的文科和社会科学课程。,9/11/2024,5,实际上，在全校各学科普遍开设通选课之前，按照这些精神开设了物理学全校性的通选课：,今日物理,。学校确定,今日物理,每周讲授,4,学时，在一学期内完成，是,4,学分的通选课,。,今日物理,由全校各学科包括文科和社会科学各学科各年级的本科生选修，2000,年春季起每年开设。,课程编号,：00434440,周 学 时,：4,总 学 时,：68,学分,：4,课程名称,：今日物理,英文名称,：Physics Today,开课单位,：物理学院,授课教师,：高崇寿张酣,授课对象,：全校各院系各年级本科生,先修课程,：无,所属领域,：A（数学与自然科学）,9/11/2024,6,2.,今日物理课程建设,物理学是在人类探索自然的奥秘中形成的学科，物理学研究宇宙间物质存在的基本形式，物质的性质、物质的运动规律、物质之间如何相互作用、相互转化以及各种物质形态内部结构的基本规律。,物质世界是有层次的，反映物质世界的物理学规律也是有层次的。,每一层次的物理都植根于更深层次的物理学，同时每个层次的物理都是在真实的意义上不可穷尽的。,20,世纪以来近代物理学的发展显示：人类在探索自然奥秘的物理学研究中，有三个重要的基本问题领域。,9/11/2024,7,一个重要的问题是探索物质微观结构、相互作用和运动的基本规律；,第二个重要的基本问题是探索在宇观大范围内物质结构、相互作用和运动的基本规律；,第三个重要的基本问题是探索宏观物质结构复杂系统相互作用和运动的基本规律。,这三个领域方面的发展构成了近代物理学的整体。,物理学是自然科学的基础,；,物理学是现代高,、,新技术的基础,。,物理学是自然科学的基础，是探讨物质结构和运动基本规律的前沿学科。,物理学每一次在探索未知的物质结构和运动基本规律的重大突破都带来物理学新领域、新方向的发展，以至新分支学科、交叉学科和新技术学科的产生。,9/11/2024,8,物理学的发展是许多新兴学科、交叉学科和新技术学科产生、成长和发展的基础和前导。,随着科学的发展，近代物理学中不断地生长和发展出新的分支学科。,近几十年来，物理学的各分支学科有着突飞猛进的迅速发展，对物理现象和物理学规律的探索研究不断取得新的进展，丰富了人们对物质世界物理运动基本规律的认识和掌握，,促进了许多和物理学紧密相关的交叉学科和技术学科的发展,。,二十世纪已经过去。,在二十世纪初期，物理学经历了一场伟大的革命。,这场革命推动的整个自然科学和应用技术的伟大变革，以及这些变革对人类社会的巨大影响，将作为这个世纪的一个重要标志而载入史册。物理学的这段革命发展，,大大深化了人们对物质世界的结构及其运动的规律性的认识，提供了新兴的高新科学技术部门的产生和发展的基础,。,9/11/2024,9,作为自然科学的基础，作为研究物质结构和运动的基本规律的物理学，,总是生机勃勃，不断地开辟自己前进的道路的。,十九世纪末的物理学家看到了“遮盖在热和光的动力理论上的十九世纪乌云”， 进入比原子更深层次的物质运动规律的探索，迎来了近代物理学的飞跃发展。二十世纪末的物理学家们已经探索各种可能显示新物理线索的“二十世纪乌云”，,二十一世纪初将在近代物理学的飞速发展的基础上迎来物理学的新的蓬勃发展,。,9/11/2024,10,物理学是一个有长期发展的学科，有丰富的内容，是人类对于物质结构和运动基本规律认识的宝贵财富。给各个学科的大学生讲授的物理学课程应该对于物理学的丰富内容系统、完整地概括，尽可能地全面地介绍。,“今日物理”课程将尽可能系统地、完整地、准确地讲解经典物理学与近代物理学的主要进展和成就。,包括基本知识、基本概念、基本规律、基本方法。,同时又注入科技发展的新观点和方法，介绍物理学的现代发展，使学生既能掌握物理学的基础知识，又能了解物理学科的前沿课题和研究动向，提高学生的科学素质。,9/11/2024,11,“今日物理”是一门物理课程，课程的内容是物理学本身的全面讲授，并且主要是 20 世纪以来近代物理学的飞速发展。,因此课程的内容应该涉及物理学从经典物理学到近代物理学的发展、覆盖,20,世纪以来近代物理学在探索自然奥秘的微观、宇观、宏观这三个重要的物理学基本问题领域的发展。同时又能充分衔接上现代各种高新技术发展的近代物理学基础。,课程的讲授尽量少用高深的数学，使不同学科的学生都能从这门课的学习中学习到清楚准确的物理学知识，培养和提高物理学的科学素养。,9/11/2024,12,“今日物理”课程的内容共分 10 章，目录如下：,1. 物理学是自然科学的基础,2. 经典物理学的发展与科学大厦的建立,3. 二十世纪初物理学的革命,4. 原子分子世界,5. 原子核、核能与核技术,6. 粒子世界,7. 航天与宇航中的物理,8. 波动、通讯技术的物理基础,9. 凝聚态物理、材料物理和介观物理,10. 宇宙的结构和演化,9/11/2024,13,今日物理教材（高崇寿、谢柏青编著）按计划已经于 2004 年 8 月内由高等教育出版社正式出版。2005 年 8 月是第 3 次印刷。这本书既是,面向 21 世纪课程教材,，又是,普通高等教育“十五”国家级规划教材,。,9/11/2024,14,给各学科的学生讲授物理学课程时遇到两个方面的问题：首先是课程的内容如何取舍、安排和组织，能够达到这门课程的基本要求；再一个是面对各个学科的学生，如何要不运用太多的数学工具能对物理知识和规律做清楚、准确的讲授。,针对这两个方面的问题，对于怎么讲授好今日物理课程，有四个意见和建议。,3.,怎样对各学科学生讲授今日物理课程,9/11/2024,15,1. 物理学是一个整体，今日物理课程要系统地、完整地介绍和讲解近代物理学的主要发展。近代物理学的发展覆盖了微观、宏观、宇观这三个领域方面。今日物理课程的前三章是从经典物理学到近代物理学发展的总论，接下来三章是微观领域物理的发展，再三章是宏观领域物理的发展，最后一章是宇观领域物理的发展。确实系统地、全面地、完整地介绍和讲解近代物理学的主要发展，因此可以按今日物理教材的内容来组织讲授课程。,9/11/2024,16,2,.,讲授物理课程要突出物理的讲解。在今日物理课程教材中有些部分牵涉到有一些数学公式，如果不是特别重要，在课堂讲授时可以不具体讲，有兴趣的学生可以阅读。如果有些公式确实很重要，需要在课堂上讲时，不要讲公式的具体推导，要着重讲解和准确地说明这公式反映的物理规律的内容。,例如在讲狭义相对论时，要讲到重要的质量和能量联系的公式：,E = m c,2,。这时就要准确地讲清这个公式的含义：任何一个质量为,m,的物体，必具有,m c,2,的内能。这样就能使学生不会误认为这是“质量和能量互相转换的公式”，甚至错误地认为“质量转换成能量，质量就消失”了。,9/11/2024,17,例如在讲,氢原子光谱和氢原子结构的玻尔模型时，要讲到玻尔模型给出的氢原子能级的公式，并不需要详细讲解公式的推导，要着重讲公式的物理含义：公式中出现物理量都是物理上已知的完全确定的量，其中包括普朗克新引进的普朗克常量，因此玻尔模型给出的氢原子能级是完全确定的；由此定出氢原子的线光谱的频率是完全确定的；这结果和实验中确立的巴耳末线系完全符合；这就使氢原子的玻尔模型理论得到确立，是人们认识原子世界的重大的一步，是一个里程碑。,例如在讲,电磁波的多普勒效应时，直接给出电磁波的多普勒效应的普遍公式，然后着重讲公式的物理含义，特别讲这是天文学中通过星系光谱的红移来推测星系后退速度的物理依据。,9/11/2024,18,3. 物理学是自然科学的基础，是现代高新技术的基础。但是不是说自然科学就是物理学，现代高新技术就是物理学。因此不能把物理学简单开设成“物理学在某某学科中的应用”，“现代高新技术中的物理学”。讲授物理课程要突出物理规律本身的讲解，才能够反映近代物理学的“基础”作用。,例如在讲授超导物理的基本规律时，就为了解超导技术准备了基础。特别是讲解了高临界温度超导体之后，就为了解近年来蓬勃发展的现代“高温”超导技术准备了条件。,9/11/2024,19,例如在讲授固体的磁性时，概括而清楚地介绍讲解了固体的六类磁性，这就为了解信息记录技术中当前最重要的磁记录技术准备了条件。,例如在讲授原子核反应的规律时，就给出了原子核能利用的多个方面的可能性和基础，包括核裂变反应堆、核电站的建造和可控制核聚变反应的应用。,例如讲解了受激发射的机理、激光原理和实现为进一步了解现代激光技术在多个方面的应用和发展准备了条件。,例如粒子物理学中正反粒子湮灭现象和规律的发现，促进了关于实现光子火箭的探索研究。,9/11/2024,20,4.,什么是物理学所需的科学素质，它不仅表现在掌握丰富的物理学知识，更重要的是探索研究的意识、能力和水平；塌实、严谨、尊重科学、勇于创新的学风。,物理学发展的历史充满了不断地探索、研究、创新。物理学科学工作的优势,探索、研究、创新。,在今日物理课程讲授中也尽可能地体现这个,探索、研究、创新精神。,可以通过讲解物理学发展中的具体实例来体现这方面。,9/11/2024,21,例如讲授原子的有核模型时，,就要讲,物理学的普遍研究已经知道：当两个物体碰撞时,，,如果被碰的物体的质量比碰撞的物体小，则碰撞后碰撞物体还会保持一定的向前的势头，即散射角不会超过,90,。,由于实验中观察到,a,粒子束透过金属薄膜后在各方向上散射分布的情况中有少数散射角大到,150,的,a,粒子。,卢瑟福提出原子的有核模型,：,原子的中心部分是一个半径大约是,10,14,m,的核，原子的全部正电荷和绝大部分质量都集中在核上。电子分布在核外半径约为,10, 10,m,，即,1,的区域内。,X,射线的发现和实验研究判定的过程是一个典型并且充分的实例，体现物理学的,探索、研究、创新，应该概括具体地描绘,19,世纪末,伦琴观察、发现、研究,X,射线的全过程，体现物理学工作的,这种精神。,9/11/2024,22,许多意义重大的被授予诺贝尔物理奖的物理学成就取得的过程，例如获得诺贝尔物理奖的,实验确立中微子振荡现象的存在、,实验证实强相互作用具有渐近自由性质、,宇宙微波背景辐射的存在等重大进展,都很好地反映了物理学工作的这种,探索、研究、创新的精神。,谢谢各位！,9/11/2024,23,